O passarinho sedento

O passarinho japonês
O pássaro bebedor de água
Uma máquina térmica diferente

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Reconhecimento
 Um engenhoso dispositivo, essencialmente uma máquina térmica, é o passarinho japonês bebedor de água.

  Consiste em um recipiente especial, feito com duas esferas de vidro (a superior --- cabeça do passarinho --- e a inferior --- "corpo" do passarinho, de diâmetro ligeiramente maior que o da cabeça) ligadas por um tubo de vidro. Dentro do recipiente há uma certa quantidade de éter ou fréon, substâncias que se evaporam rapidamente à temperatura e pressão ambientes. Ao se fechar o recipiente, à fogo, parte do ar interior é retirado. A esfera menor (cabeça) é totalmente recoberta por uma fina camada de feltro, chamada camada higroscópica. O bico, de plástico muito leve, colado à cabeça, também é recoberto por esse material higroscópio.

  As pernas e pés do passarinho (bastante estilizadas) formam o apoio em relação ao qual a estrutura de vidro pode balançar. Alguma penugem fina é colada à cabeça e ao corpo do brinquedo ("crista" e "cauda") e servem de "ajuste fino" para o equilíbrio.

  Fixada ao tubo de vidro, abaixo de sua região central, tem-se uma fina lâmina de alumínio; suas extremidades são encaixadas em aberturas feitas nas pernas do aparelho.

O que ele faz?

  A ilustração acima mostra a posição inicial do dispositivo. A taça é preenchida com água. Inclina-se o pássaro até que seu bico mergulhe complemente na água (aguarde até que todo feltro fique bem embebido). Solta-se o sistema. Ele retornará e ficará oscilando em torno da posição inicial. Aos poucos, a cabeça vai inclinando cada vez mais, aproximando-se da água da taça. Finalmente, ele mergulha o bico na água e rapidamente retorna à sua oscilação em torno da posição de equilíbrio inicial. O processo se repete continuamente. A ilustração animada do início do texto mostra bem isso. É o passarinho bebedor de água.

Como funciona ?  A pressão de vapor de éter no interior da esfera do corpo é máxima, para aquela temperatura do ambiente. A pressão de vapor no interior da cabeça e parte livre do tubo é pequena e isso acontece porque a cabeça é mantida fria pela contínua evaporação da água que embebe a camada higroscópica (feltro). Observe que, enquanto o pássaro não estiver quase na horizontal, o vapor do corpo e o vapor da cabeça estão separados por uma coluna líquida. A diferença de pressão exercida por esses dois vapores (a do corpo maior que a da cabeça) é a responsável pela elevação do líquido do corpo até a cabeça do pássaro.

  Conforme o nível líquido vai subindo, o centro de gravidade do sistema oscilante também vai subindo. Quando o centro de gravidade ultrapassa o eixo de suspensão, o pássaro gira em torno desse eixo atingindo uma posição quase horizontal, o que permite a comunicação entre os dois vapores, igualando suas pressões e o conseqüente retorno do éter acumulado na cabeça para o corpo, fazendo com que ele se erga novamente.

  A inércia do sistema e a força gravitacional garantem uma oscilação, tipo pêndulo, para o sistema. Esta oscilação melhora o desempenho da cabeça úmida aumentando a velocidade de evaporação da água absorvida quando o bico mergulha na taça.

  Cada vez que o passarinho se reclina, seu bico mergulha na água, o que mantém a sua cabeça continuamente úmida; a parcial evaporação dessa água vai mantê-la fria. O "motor" do engenho é o resfriamento da água que fica, devido à evaporação da água que sai. Esse resfriamento é que reduz a pressão do vapor na cabeça do pássaro.

  Se, em vez de água, enchermos a taça de vodca ou, melhor ainda, de álcool, o resfriamento da cabeça será mais intenso e o passarinho oscilará mais ligeiro.   Se, por outro lado, cobrirmos o passarinho com uma redoma de vidro, o ar do interior desta ficará rapidamente saturado de vapor, a evaporação do revestimento da cabeça cessa, a temperatura da cabeça aumenta, a pressão de vapor ali também aumenta e o movimento cessará.

  Esses passarinhos operam com menor eficiência quando a umidade do ar atmosférico é elevada; num dia chuvoso, ele não funcionará.

Fonte: Feira de Ciências